近日，北京市农林科学院许勇团队在著名植物学期刊ThePlantJournal在线发表了题为AuniquechromosometranslocationdisruptingClWIP1leadstogynoecyinwatermelon的研究论文。该研究首次阐明了西瓜性别决定的关键基因ClWIP1及分子调控机制，并利用基因编辑技术成功创制了首例西瓜人工雌性株，为利用雌性基因快速提高制种效率奠定了重要科学基础。
普通的西瓜品种是雌雄异花同株植物，在其主茎上按一定的周期顺序开几朵雄花后就会出现1朵雌花。在西瓜杂交制种过程中，人们需要投入大量的人力进行套帽及授粉，以保证杂交种子的纯度。相较于已经广泛利用的*瓜雌性系，西瓜雌性系的应用尚属空白。我国首先于年报道了田间发现一棵西瓜雌性株突变体XHBGM，该突变体上只出现雌花，可进一步培育为杂交种的母本，减少授粉成本提高种子纯度。但对该雌性突变体产生的分子机理却知之甚少。
图1：a,正常雌雄异花同株材料XBH及雌性株突变体XHBGM；b和c，雌性株突变体XHBGM中发生的染色体易位及被打断的ClWIP1基因。许勇团队通过对西瓜性别决定机理的深入研究，揭示了该突变体产生的分子机理。研究采用基因定位，染色体免疫荧光观察等手段发现了在西瓜雌性突变株XHBGM的2号及3号染色体之间发生了染色体易位，打断了原本在2号染色体上的ClWIP1基因。通过对该基因的深入研究，明确了在雌蕊原基中表达的ClWI1基因通过激素途径控制西瓜产生不同花型的分子机制。同时，课题组研究人员利用CRISPR/Cas9技术对ClWIP1基因进行了基因编辑，成功实现了对任意品种人工创制雌性系的技术。
图2：通过CRISPR-Cas9对ClWIP1上的两处靶点进行基因编辑获得了雌性株后代。许勇团队在西瓜性别决定研究领域取得了多项重大研究成果。此前已发表了“西瓜性别表型遗传研究”、“西瓜CitACS4基因的突变产生了雄花完全花同株”等相关研究论文。通过对西瓜性别表现的遗传及关键基因的系统研究，团队相关研究结果不仅丰富了人们对植物花型及其内在分子机制的了解，还提供了可真正用于西瓜育种产业的优良亲本材料，践行了农科人“顶天立地”的科研初心。
本论文共同第一作者为北京市农林科学院张洁副研究员，郭绍贵研究员和纪高洁博士，通讯作者为许勇研究员。研究工作受到国家重点研发计划、北京学者、北京创新团队等多个项目资助。
论文原文链接：